燃機發電機油擋絕緣低問題簡要分析

任丙月 謝紅亮

摘要：針對某廠基建安裝過程中發電機油檔絕緣低問題分析及處理過程進行闡述，介紹該型發電機端部油檔絕緣異常時的情況以及相關處理過程和判斷依據，有針對性地提出對發電機油檔絕緣進行測試的具體方法，最終確定設備異常原因是由于外部條件的附加影響造成的，該問題的處理為設備安全可靠地安裝調試提供了有效支撐。

關鍵詞：發電機;絕緣;溫度;測試

0.前言

隨著國內對工業排放要求標準的提高、天然氣資源的有序經濟開發以及電網側調峰的需求，燃氣輪發電機組以其清潔、高效、快速響應等優點而進入新一輪基建高峰。某新建項目燃機配套發電機采用德國西門子進口SGen5-2200H型全氫冷發電機，該機型在22KV輸出電壓下額定功率達600MVA。西門子公司模塊化設計概念保證了該型機組可靠、高效運行，降低了維護要求。

1.異常情況介紹

2018年7月份，該項目#1發電機組安裝完畢后準備進行密封油系統試運行，按德國西門子主機廠要求對發電機汽勵兩側內油擋對端蓋絕緣電阻進行測試，測試結果分別為0.2 MΩ、0.4MΩ，不符合廠家標準要求（≥25 MΩ）。隨后根據西門子公司現場TFA的要求，對發電機持續投入干燥機，進行熱風干燥、清理端部，在此期間多次進行絕緣電阻測試和比對，起初絕緣電阻值有一定程度上升，但后期基本不再變化，汽勵兩側內油擋對端蓋絕緣電阻值穩定在5-7MΩ范圍內，仍未達到西門子廠家要求。內油檔及端蓋間絕緣結構和西門子對絕緣電阻要求值見圖1。

2.分析意見

根據#1發電機出廠和現場安裝期間的各種測試記錄以及處理情況，對汽勵兩側內油檔對端蓋絕緣電阻值偏低對分析意見如下：

2.1內油檔對端蓋絕緣結構分析

內油檔對端蓋對絕緣結構具體等效回路如圖2

2.2溫度因素影響

根據電工理論，固體絕緣材料對絕緣電阻值與測試時對溫度密切相關。通常情況下，溫度越高其絕緣電阻越低，溫度越低其絕緣電阻越高，即絕緣電阻會隨著溫度的升高而降低。在國內電力行業標準DL/T 474《現場絕緣試驗實施導則》中更是有如下規定：“絕緣電阻測試時，試品溫度一般應在10-40℃之間，絕緣電阻隨著溫度升高而降低，但目前還沒有一個通用對固定換算公式，溫度換算系數最好以實測決定。”因為不同材質的絕緣材料其絕緣電阻值與溫度間的換算系數會有一定的差異;所以在進行固體材料絕緣電阻測試并分析其絕緣狀態時，必須換算至同一溫度條件進行比較，其數據才有可比性。

根據國內相關標準及現場測試經驗，在國標GB 50150《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》中列出了部分設備對溫度換算系數，參見表1和表2數據。通過兩表明顯可見，若溫度升高10℃時，絕緣電阻值會相差1.5倍以上;測試溫度升高20℃時，絕緣電阻值至少相差2倍以上。雖然不同材質對絕緣材料其絕緣電阻值與溫度對換算系數有一定差異，但可以明顯看出當溫度相差10℃時絕緣電阻值會有明顯對變化。

目前，內油擋的絕緣電阻在現場測試的絕緣電阻值范圍約為5-7MΩ，但現場因持續進行熱風干燥，測試時溫度約為50℃左右（以往測試時未進行溫度記錄）。西門子公司僅要求油擋對地絕緣電阻值≥25MΩ，但未明確該值對應的測試溫度，當前絕緣電阻測試值無法與西門子公司要求值換算至同一溫度進行比較;同時，西門子公司未提供出廠時油擋對地絕緣電阻測試數據所對應的溫度，因此當前絕緣電阻測試值也無法和出廠數據換算至同一溫度條件進行對比。若按常規電氣設備絕緣材料的絕緣電阻與溫度換算系數考慮，則目前測試值已屬于較為正常的數值范圍。

2.3測試回路因素影響

出廠測試時，轉子未連接滑環短軸，其絕緣僅包含軸承座的絕緣，此時轉子大軸對地絕緣電阻值較高，約數百MΩ。現場轉子滑環短軸開箱驗收時，測試轉子滑環短軸兩側絕緣電阻僅為12MΩ。目前，轉子滑環短軸已連接至轉子大軸本體，直接造成轉子大軸對地絕緣大幅降低，理論上也不超過12 MΩ。由于存在內油擋至轉子大軸、轉子大軸至地的附加泄漏電流回路，該回路的泄漏電流在進行絕緣電阻測試時是客觀存在的，其泄漏電流疊加至測試的總泄漏電流中，導致總泄漏電流變大，而絕緣電阻數值就是通過測試電壓/泄漏電流得到，因此，就會造成絕緣電阻數據降低。只有真正將該泄漏電流屏蔽或去除，才能得到真實的內油擋對地絕緣電阻值。

內油擋和轉子大軸間僅有很小的空氣間隙（約0.1-0.15mm），且該間隙中浸漬過油，直接造成內油擋和轉子大軸形同短接狀態，現場測試也表明，內油擋和轉子大軸間幾乎沒有絕緣。因此，在進行絕緣電阻測試時，內油擋至轉子大軸、轉子大軸至地的泄漏電流回路等效為轉子大軸至地的泄漏電流回路，即轉子大軸對地的絕緣電阻直接并聯至內油擋對地絕緣電阻回路上。因現場常規測試方法無法有效屏蔽內油檔至轉子大軸、轉子大軸至地附加回路的泄露電流，因此導致測得對內油檔對地絕緣電阻會小于其真實值。

2.4搭建有效屏蔽回路測試情況及溫度換算

8月4日晚在內油擋和轉子大軸間加入絕緣材料，增強內油擋和轉子大軸間絕緣，等同于提高了內油擋至轉子大軸、轉子大軸至地回路的絕緣電阻，減小了該回路的泄漏電流。在此情況下，測試內油擋對端蓋的絕緣電阻達到13.8MΩ。此后，在搭建外部測試回路的方式下施加100V直流電壓，徹底屏蔽該附加回路泄露電流，測試回路真正泄露電流5.6uA，計算絕緣電阻值17.9 MΩ.通過上述測試，證明排除附加回路對影響后，內油檔對端蓋對真實絕緣值在當前溫度條件下接近18 MΩ，比之前對5-7 MΩ已有大幅提升。

考慮溫度因素，結合8月3日（未記錄當日溫度）和8月4日不同溫度下的測試記錄，數據見表3

根據計算，4日數據中3℃溫差對應絕緣電阻值相差1.1倍，按其他絕緣材料溫度系數公式A=1.5K/10，溫度下降3℃時，溫差K為3，則溫度換算系數A=1.50.3=1.13，與現場實測1.11接近。3日數據中，對應絕緣電阻值相差1.43倍，按其他絕緣材料溫度系數公式A=1.5K/10，計算溫差K約為8.8度。而當晚溫度下降值可能在5-6℃范圍內，即按該公式計算對溫度系數可能偏小。即使按這種偏小的溫度系數計算，當溫度降低10℃及以上時，絕緣電阻值理論上至少能上升1.5倍及以上。因此，在當前溫度條件下（表面溫度40℃），考慮內油檔對地的真實絕緣電阻值已達到18 MΩ左右，當溫度降低至20℃時，考慮溫度系數，其該絕緣材料的絕緣電阻值理論上至少能上升2倍及以上，其真實絕緣電阻值超過25MΩ。

3.處理結論

導致發電機內油檔絕緣電阻值偏低的主要原因是測試溫度、測試附加回路泄漏電流的影響，而不是現場絕緣受潮。在持續加熱干燥、并在加熱過程中（溫度偏高）進行測試對絕緣值偏低是符合上述邏輯分析的。在當前對測試溫度下，內油檔對端蓋對絕緣值已達18MΩ左右，考慮溫度換算系數，可以認為該絕緣電阻值是合格的。通過本次現場的處理分析，為下一步安裝工作的順利開展提供有利的事實依據，也為后續同類機組的現場安裝工作提供了很好的工作思路。

參考文獻：

【1】郭延秋。大型火電機組檢修實用技術叢書 電氣分冊[M]。北京：中國電力出版社，2004：26-28

【2】國家能源局.DL/T 474.1-2018《現場絕緣試驗實施導則》[S]。北京：中國電力出版社，2018

【3】中華人民共和國住房和城鄉建設部。GB 50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》[S]。北京：中國計劃出版社，2016：26，76

作者簡介：

任丙月（1982-），男，工程師，從事電氣專業技術管理工作，

謝紅亮（1982年-），男，工程師，從事燃機&汽機專業技術管理工作。